KR20230128828A - 광학계 및 이를 포함하는 광학 부재 및 웨어러블 장치 - Google Patents

광학계 및 이를 포함하는 광학 부재 및 웨어러블 장치 Download PDF

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KR20230128828A
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Abstract

실시예에 따른 광학계는, 입사 측으로부터 출사 측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되며, 적어도 하나의 렌즈를 각각 포함하는 제 1 렌즈군 및 제 2 렌즈군을 포함하고, 상기 제 1 렌즈군은 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈를 포함하고, 상기 제 2 렌즈군은 제 3 렌즈, 제 4 렌즈 및 제 5 렌즈를 포함하는 광학계. 상기 제 1 렌즈는 입사 측으로 볼록하고, 출사 측으로 볼록하고, 상기 제 6 렌즈는 입사 측으로 볼록하고, 출사 측으로 볼록하고, TTL은 10㎜ 내지 13㎜이다.

Description

광학계 및 이를 포함하는 광학 부재 및 웨어러블 장치{OPTICAL SYSTE AND OPTICAL MEMBER AND WEARABLE DEVICE COMPRISING THE SAME}
실시예는 광학계 및 이를 포함하는 광학 부재 및 웨어러블 장치에 관한 것이다.
최근 기술의 발전에 따라, 신체에 착용 가능한 다양한 형태의 웨어러블 장치가 나오고 있다. 그 중 증강현실(Augmented Reality, AR) 장치는 사용자의 머리에 착용하는 안경 형태의 웨어러블 장치로써, 디스플레이를 통해 시각적 정보를 제공함으로써 사용자에게 증강현실 서비스를 제공할 수 있다.
증강현실(Augmented Reality)이란, 실제 환경에 3차원 영상을 삽입하여 현실 세계 정보와 가상의 영상을 혼합한 것을 의미한다.
현실 세계 정보에는 착용자가 필요로 하지 않는 정보도 있고, 때로는 착용자가 필요로 하는 정보가 부족할 수도 있다. 그러나 증강현실 시스템은 현실 세계와 가상 세계를 결합함으로써 실시간으로 착용자에게 현실 세계와 필요한 정보의 상호 작용이 이루어지도록 하는 것이다.
이러한 증강현실(AR) 장치는 시야가 막히는 가상현실(VR) 장치와 달리 이용 도중에도 앞을 볼 수 있다. 또한, 일반 안경처럼 착용한 상태에서 눈앞에 와이드 스크린 화면 수준의 디스플레이를 띄우거나 다양한 AR 콘텐츠 이용이 가능하다. 또한, 사용자 중심으로 360도 모든 공간을 활용하여 현실과 AR 콘텐츠를 결합한 확장현실 경험을 지원할 수 있다. 또한, 양손이 자유로운 상태에서 사용자 시점에 최적화된 디스플레이를 제공한다는 점에서 스마트폰을 대체하는 기술로 발전 중이다.
상기 증강현실 장치는 착용자들에게 증강현실 영상을 제공하기 위해 광학 모듈을 포함한다.
이러한 광학 모듈은 광원 및 상기 광원에서 출사되는 광의 이동을 제어하는 다양한 광학 부품을 포함한다. 상기 광원에서 출사되는 광은 다양한 광학 부품을 통해 집광, 반사 및 스캐닝되어 상기 광학 모듈 외부에 배치되는 글래스로 이동한다.
이때, 광학 모듈 내부에 배치되는 광학 부품의 배치, 크기에 따라 광학 모듈을 포함하는 증강현실 장치의 화질, 무게, 구동전압이 달라질 수 있다. 따라서, 최적의 화질, 소형화를 구현할 수 있는 새로운 구조의 광학계 및 이를 포함하는 광학 부재 및 웨어러블 장치가 요구된다.
한편, 이러한 스캐닝 프로젝터를 사용하는 것은 한국공개특허 KR10-2017-0085875(2027.07.25)에 개시되어 있다.
실시예는 소형화 및 향상된 광학 효율을 구현할 수 있는 광학계 및 이를 포함하는 광학 부재 및 웨어러블 장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 광학계는, 입사 측으로부터 출사 측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되며, 적어도 하나의 렌즈를 각각 포함하는 제 1 렌즈군 및 제 2 렌즈군을 포함하고, 상기 제 1 렌즈군은 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈를 포함하고, 상기 제 2 렌즈군은 제 3 렌즈, 제 4 렌즈 및 제 5 렌즈를 포함하는 광학계. 상기 제 1 렌즈는 입사 측으로 볼록하고, 출사 측으로 볼록하고, 상기 제 6 렌즈는 입사 측으로 볼록하고, 출사 측으로 볼록하고, TTL은 10㎜ 내지 13㎜이다.
실시예에 따른 광학 부재는, 하우징; 상기 하우징 내에 수용되는 광원 부재, 렌즈 모듈, 반사 부재 및 출사 부재를 포함하고, 상기 광원 부재에서 출사되는 광은 상기 렌즈 모듈, 상기 반사 부재 및 상기 출사 부재의 경로로 순차적으로 이동하고, 상기 렌즈 모듈은, 입사 측으로부터 출사 측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되며, 적어도 하나의 렌즈를 각각 포함하는 제 1 렌즈군 및 제 2 렌즈군을 포함하는 광학계를 포함하고, 상기 제 1 렌즈군은 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈를 포함하고, 상기 제 2 렌즈군은 제 3 렌즈, 제 4 렌즈 및 제 5 렌즈를 포함하고, 상기 제 1 렌즈는 입사 측으로 볼록하고, 출사 측으로 볼록하고, 상기 제 6 렌즈는 입사 측으로 볼록하고, 출사 측으로 볼록하고, 상기 광학계의 TTL은 10㎜ 내지 13㎜이다.
실시예에 따른 광학 부재는, 하우징; 상기 하우징 내에 수용되는 광원 부재, 렌즈 모듈, 반사 부재 및 출사 부재를 포함하고, 상기 광원 부재에서 출사되는 광은 상기 렌즈 모듈, 상기 출사 부재 및 상기 반사 부재의 경로로 순차적으로 이동하고, 상기 렌즈 모듈은, 입사 측으로부터 출사 측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되며, 적어도 하나의 렌즈를 각각 포함하는 제 1 렌즈군 및 제 2 렌즈군을 포함하는 광학계를 포함하고, 상기 제 1 렌즈군은 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈를 포함하고, 상기 제 2 렌즈군은 제 3 렌즈, 제 4 렌즈 및 제 5 렌즈를 포함하고, 상기 제 1 렌즈는 입사 측으로 볼록하고, 출사 측으로 볼록하고, 상기 제 6 렌즈는 입사 측으로 볼록하고, 출사 측으로 볼록하고, 상기 광학계의 TTL은 10㎜ 내지 13㎜이다.
실시예에 따른 광학 모듈은 앞서 설명한 광학계를 포함하는 렌즈 모듈을 포함할 수 있다. 이에 따라, 광원 부재에서 출사되어 상기 렌즈 모듈을 통해 반사 부재 또는 출사 부재로 입사되는 광의 크기를 감소할 수 있다.
즉, 상기 광학계는 서로 다른 입사각도를 가지는 광들이 상기 광학계를 통과할 때, 동일한 입사각도를 가지는 광이 상기 광학계의 중심 영역(제 1 광선 영역) 및 주변 영역(제 2 내지 제 5 광선 영역)에서 설정된 범위의 각도 차이를 가지도록 형성되고 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 광학계를 통과하여 상기 반사 부재 또는 상기 출사 부재로 광이 입사될 때, 상기 각도 차이의 증가로 인해, 입사 면적이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 입사 면적의 증가로 인해, 상기 반사 부재 또는 상기 출사 부재로 입사되지 않는 광의 양을 감소하여 광손실을 최소화할 수 있다.
또한, 입사 면적의 증가로 인해, 상기 반사 부재 또는 상기 출사 부재의 크기를 증가시킬 필요가 없으므로, 광학 모듈 및 광학 부재를 소형화할 수 있다.
또한, 중심 영역 및 주변 영역의 광의 크기를 균일하게 하여 광학 모듈 및 광학 부재의 해상력을 향사시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 광학 부재의 사시도를 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 광학 부재의 분해 사시도를 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 광학 모듈의 사시도를 도시한 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 광학 모듈의 광학계의 배치위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 렌즈 모듈의 광학계의 구성도를 도시한 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 렌즈 모듈의 광학계에서 R1 내지 R5 영역의 정의를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 실시예에 따른 렌즈 모듈의 광학계에 반사 부재 또는 출사 부재로 입사되는 광과 반사 부재 또는 출사 부재의 크기 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 실시예에 따른 렌즈 모듈의 광학계의 정보를 설명하기 위한 표이다.
도 11 내지 도 13은 실시예에 따른 렌즈 모듈의 광학계를 통해 출사하는 광의 정보를 설명하기 위한 표이다.
도 14는 실시예에 따른 광학 부재가 적용되는 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐 만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐 만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하의 설명에서 첫 번째 렌즈는 입사면 측에 가장 가까운 렌즈를 의미하고, 마지막 렌즈는 출사면 측에 가장 가까운 렌즈를 의미한다. 또한, 특별한 언급이 없는 한 렌즈의 반지름, 유효경, 두께, 거리, BFL(Back Focal Length), TTL(Total track length or Total Top Length) 등에 대한 단위는 모두 ㎜이다. 또한, 렌즈의 형상은 렌즈의 광축을 기준으로 나타낸 것이다. 일 예로, 렌즈의 입사면 측 면이 볼록하다는 의미는 해당 렌즈의 입사면 측 면에서 광축 부근이 볼록하다는 의미이며 광축 주변이 볼록하다는 의미는 아니다. 따라서, 렌즈의 입사면 측 면이 볼록하다고 설명된 경우라도, 해당 렌즈의 입사면 측 면에서 광축 주변 부분은 오목할 수 있다. 또한, 렌즈의 두께 및 곡률 반지름은 해당 렌즈의 광축을 기준으로 측정된 것임을 밝혀둔다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 실시예에 따른 광학 부재를 설명한다. 이하에서 설명하는 실시예에 따른 광학 부재는 디스플레이 장치에 적용될 수 있다, 자세하게, 실시예에 따른 광학 부재는 웨어러블 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 일례로, 실시예에 따른 광학 부재는 증강현실(Augmented Reality., AR) 디바이스 장치에 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 광학 부재(10)는 제 1 하우징(1100), 제 2 하우징(1200) 및 광학 모듈(2000)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 하우징(1100) 및 상기 제 2 하우징(1200)은 각각 상기 광학 모듈(2000)을 수용할 수 있다.
자세하게, 상기 제 1 하우징(1100)은 상기 광학 모듈(2000)의 측부를 수용할 수 있다. 즉, 상기 제 1 하우징(1100)은 상기 광학 모듈(2000)의 측면을 둘러싸며 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 2 하우징(1200)은 상기 광학 모듈(2000)을 수용할 수 있다. 즉, 상기 제 2 하우징(1200)은 상기 제 1 하우징(1100)에 의해 측부가 수용된 상기 광학 모듈(2000)을 수용할 수 있다. 즉, 상기 광학 모듈(2000)의 측부는 상기 제 1 하우징(1100)에 의해 수용되고, 상기 제 2 하우징(1200)은 상기 광학 모듈의 전면을 둘러싸며 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 1 하우징(1100)과 상기 광학 모듈(2000)은 상기 제 2 하우징(1200)에 의해 수용될 수 있다.
상기 제 2 하우징(1200)은 개구부(OA)를 포함할 수 있다. 상기 제 2 하우징(1200)의 상기 개구부(1200)에 의해 상기 광학 모듈(2000)이 부분적으로 노출될 수 있다. 즉, 상기 광학 모듈(2000)의 출사 부재(500)는 상기 개구부(OA)에 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 광학 모듈(2000)에서 이동하는 광은 상기 출사부를 통해 상기 광학 부재(10)의 외부로 이동할 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 광학 부재의 광학 모듈(2000)의 사시도를 도시한 도면들이다.
도 3 을 참조하면, 상기 광학 모듈(2000)은 광원 부재(100), 렌즈 모듈(200), 반사 부재(400), 출사 부재(500) 및 복수의 회로 부재(610, 620)들을 포함할 수 있다.
상기 회로 부재는 회로 기판(610) 및 상기 회로 기판(610) 상에 배치되는 구동 부재(620)를 포함할 수 있다. 상기 회로 기판(610)은 FPCB 및 PCB 중 적어도 하나의 인쇄회로기판을 포함할 수 있다. 상기 회로 기판(610)은 상기 광원 부재(100), 상기 렌즈 모듈(200), 상기 제 1 반사 부재(300) 및 상기 제 2 반사 부재(400) 중 적어도 하나의 부재를 지지하거나 또는 적어도 하나 부재와 연결될 수 있다.
또한, 상기 구동 부재(620)는 구동 드라이버 등의 다양한 구동 부품을 포함할 수 있다.
상기 광원 부재(100), 상기 제 1 반사 부재(200), 상기 제 2 반사 부재(300), 상기 렌즈 모듈(200), 상기 반사 부재(400), 상기 출사 부재(500) 및 상기 복수의 회로 부재들은 앞서 설명한 상기 제 1 하우징(1100) 및 상기 제 2 하우징(1200)에 수용될 수 있다.
상기 광원 부재(100)에서 발생하는 광은 상기 제 1 반사 부재(200), 상기 렌즈 모듈(200), 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500) 방향으로 순차적으로 이동할 수 있다. 즉, 상기 광원 부재(100)에서 발생하는 광은 상기 렌즈 모듈(200), 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)에서 반사, 투과 및 굴절을 하면서 이동할 수 있다.
상기 광원 부재(100)는 광을 발생할 수 있다. 자세하게, 상기 광원 부재(100)는 상기 출사 부재(500) 방향으로 이동하는 광을 발생할 수 있다. 자세하게, 상기 광원 부재(100)는 상기 출사 부재(500) 방향으로 레이저 광을 출사할 수 있다.
상기 광원 부재(100)는 적어도 하나의 색을 가지는 광을 출사할 수 있다. 즉, 상기 광원 부재(100)는 하나의 색을 가지는 광 또는 서로 다른 색을 가지는 복수의 광을 출사할 수 있다.
예를 들어, 상기 광원 부재(100)는 서로 다른 색을 가지는 복수의 광을 출사할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(100)은 적색광, 녹색광 및 청색광을 출사할 수 있다. 즉, 상기 광원 부재(100)는 복수의 색을 가지는 레이저 광이 출사되는 레이저 패키지일 수 있다.
상기 광원 부재(100)에서 발생하여 출사되는 광은 상기 렌즈 모듈(200)로 전달될 수 있다. 상기 광원 부재(100)에서 발생하여 출사되는 광은 상기 렌즈 모듈(200)로 직접 전달될 수 있다. 또는, 상기 광원 부재(100)에서 발생하여 출사되는 광은 상기 렌즈 모듈(200)로 간접적으로 전달될 수 있다. 즉, 상기 광원 부재(100)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이에는 상기 광을 집광하거나 광의 경로를 변화하는 반사 부재가 추가로 배치될 수 있고, 상기 광원 부재(100)에서 발생하여 출사되는 광은 상기 반사 부재를 통해 상기 렌즈 모듈(200)로 입사될 수 있다. 자세하게, 상기 광원 부재(100)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이에는 미러 또는 프리즘을 포함하는 적어도 하나 이상의 반사 부재가 추가로 배치될 수 있고, 상기 광원 부재(100)에서 발생하여 출사되는 광은 상기 반사 부재를 통해 상기 렌즈 모듈(200)로 입사될 수도 있다.
상기 렌즈 모듈(200)에는 상기 광원 부재(100)에서 출사되는 광이 입사될 수 있다. 즉, 상기 렌즈 모듈(200)은 상기 광원 부재의 출사면 앞에 배치될 수 있다.
상기 렌즈 모듈(200)은 상기 광원 부재(100)에서 출사되는 광을 입사받아 상기 반사 부재(400) 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 렌즈 모듈(200)은 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다, 예를 들어, 상기 렌즈 모듈(200)은 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈 모듈(200)은 서로 이격하여 배치되는 3매 이상의 렌즈들을 포함하는 광학계(210) 및 상기 광학계를 수용하는 경통을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 렌즈 모듈(200)은 서로 이격하여 배치되는 3매 내지 6매의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 렌즈 모듈(200)의 렌즈들 중 적어도 하나의 렌즈는 다른 렌즈와 재질, 크기, 형상이 다를 수 있다.
상기 렌즈 모듈(200)은 상기 반사 부재(400) 방향으로 이동하는 광의 출사각을 제어할 수 있다. 자세하게, 상기 렌즈 모듈(200)은 상기 렌즈 모듈(200) 외부로 출사하는 광의 출사각을 제어할 수 있다. 즉, 상기 렌즈 모듈(200)은 상기 광의 출사각을 제어하는 릴레이 렌즈(Relay Lens)일 수 있다.
상기 렌즈 모듈(200)에서 광의 출사각도가 제어되므로, 상기 출사 부재(500)로 입사되는 광의 입사 영역을 작게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 광의 출사각도의 증가에 의해 출사 부재의 크기가 증가하는 것을 방지할 수 있다.
상기 렌즈 모듈(200)에 대해서는 이하에서 상세하게 설명한다.
상기 반사 부재(400)는 상기 렌즈 모듈(200)에서 출사되는 광이 입사될 수 있다. 상기 반사 부재(400)는 지지부(410), 상기 지지부(410) 상에 배치되는 미러(420)를 포함할 수 있다.
상기 지지부(410) 내부에는 전자기력을 발생하는 자석을 포함하고, 상기 자석에 의해 발생하는 전자기력에 의해 상기 미러(420)는 수평 및 수직 방향으로 구동할 수 있다.
상기 미러(420)는 제 1 방향 및 제 2 방향으로 회전할 수 있다. 즉, 상기 미러(420)는 두 방향으로 회전 가능하고, 두 방향으로 회전하면서 광을 반사시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 반사 부재(400)는 수직 방향 및 수평 방향으로 스캐닝할 수 있다.
자세하게, 상기 제 2 반사 부재(400)는 상기 광원 부재(100), 상기 렌즈 모듈(200) 및 상기 제 1 반사 부재(300)로부터 전달되는 광을 입력받아 수평 방향 및 수직 방향으로 투사할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 반사 부재(400)는 제 1 라인에 대해 수평 방향으로 합성된 광을 투사(수평 스캐닝)하고, 제 2 라인으로 수직 이동(수직 스캐닝)한 후, 다시 제 2 라인에 대해 수평 방향으로 광을 투사(수평 스캐닝)할 수 있다. 즉, 상기 제 2 반사 부재(400)는 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동하고, 이러한 수평 방향 및 수직 방향의 스캐닝의 반복에 의해. 상기 제 2 반사 부재(400)는 표시할 영상을 상기 출사 부재(500)에 투사할 수 있다. 즉, 상기 제 2 반사 부재(400)는 멤스 스캐너 또는 미러일 수 있다.
상기 출사 부재(500)는 상기 반사 부재(400)로부터 스캐닝되는 광이 입사된다. 상기 출사 부재(500)는 유리를 포함할 수 있다. 상기 출사 부재(500)는 상기 제 2 하우징(1200)의 개구부(OA)에 삽입되어 배치될 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 광학 모듈(10)의 외부에는 웨이브 가이드가 배치될 수 있다. 상기 출사 부재(500)를 통과한 광은 홀로그램이 붙어있는 상기 웨이브 가이드에서 반사될 수 있다. 이에 따라, 상기 웨이브 가이드를 통해 상기 광학 모듈을 포함하는 디스플레이 장치를 착용한 사용자의 눈으로 광이 입사될 수 있다.
한편, 앞선 설명에서는, 상기 렌즈 모듈(200)이 상기 광원 부재(100)와 상기 반사 부재(400) 사이의 광 경로에 배치되는 것을 설명하였으나, 실시예가 이에 제한되지 않는다.
자세하게, 도 4의 (a)를 참조하면, 상기 렌즈 모듈(200)은 상기 광원 부재(100)와 상기 반사 부재(400) 사이의 광 경로에 배치될 수 있다. 이때, 상기 렌즈 모듈(200)의 출사광은 상기 반사 부재(400)의 미러(420)에 입사될 수 있다.
또는, 도 4의 (b)를 참조하면, 상기 렌즈 모듈(200)은 상기 반사 부재(400)와 상기 출사 부재(500) 사이의 광 경로에 배치될 수 있다. 이때, 상기 렌즈 모듈(200)의 출사광은 상기 출사 부재(500)에 입사될 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 출사 부재(500)와 상기 반사 부재(400) 사이(도 4(a)) 또는 상기 출사 부재(500)와 상기 렌즈 모듈(200) 사이(도 4(b))에는 HOE 렌즈 또는 메타(meta) 렌즈 등이 배치될 수 있다. 이에 의해 사용자의 눈이나, 벽에 결상되도록 할 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 13을 참조하여 실시예에 따른 렌즈 모듈을 설명한다.
도 5를 참조하면, 상기 광학계(210)는 제 1 렌즈군(G1) 및 제 2 렌즈군(G2)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 렌즈군(G1) 및 상기 제 2 렌즈군(G2)은 상기 광학계(210)를 통과하는 광이 가장 모이는 지점(P)을 기준으로 구분될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 렌즈군(G1)은 상기 지점(P)을 기준으로 상기 광학계(410)의 입사면에 가깝게 배치되고, 상기 제 2 렌즈군(G2)은 상기 지점(P)을 기준으로 상기 광학계(410)의 출사면에 가깝게 배치될 수 있다. 상기 지점(P)은 상기 제 1 렌즈(110)에서 서로 다른 입사각도로 입사되는 광이 상기 광학계(210)의 가장 좁은 영역에 모이는 지점으로 정의될 수 있다.
상기 제 1 렌즈군(G1)은 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 렌즈군(G1)은 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 렌즈군(G1)은 설정된 간격으로 이격하여 배치되는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 렌즈군(G1)은 서로 이격하여 배치되는 상기 제 1 렌즈(110) 및 상기 제 2 렌즈(120)를 포함할 수 있다.
상기 제 2 렌즈군(G2)은 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 렌즈군(G2)은 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제 1 렌즈군(G1)의 렌즈 매수와 상기 제 2 렌즈군(G2)의 렌즈 매수는 동일하거나 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 렌즈군(G2)의 렌즈 매수는 상기 제 1 렌즈군(G1)의 렌즈 매수보다 클 수 있다.
자세하게, 상기 제 2 렌즈군(G2)은 설정된 간격으로 이격하여 배치되는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 렌즈군(G2)은 서로 이격하여 배치되는 상기 제 3 렌즈(130), 상기 제 4 렌즈(140), 제 5 렌즈(150) 및 제 6 렌즈(160)를 포함할 수 있다.
이하, 상기 제 1 렌즈군(G1) 및 상기 제 2 렌즈군(G2)에 포함되는 각각의 렌즈들 및 렌즈들의 관계를 상세하게 설명한다.
도 8 내지 도 10은 상기 광학계(210)를 구성하는 렌즈들의 정보를 도시한 표이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 상기 제 1 렌즈(110)는 상기 광축에서 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제 1 렌즈(110)는 플라스틱 또는 글라스(glass) 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제 1 렌즈(110)는 글라스 재질로 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(210)는 상기 제 1 렌즈(110)에 의해 열에 따른 굴절률 변화를 보상할 수 있어, 다양한 온도 범위에서도 균일한 효과를 가질 수 있다.
상기 제 1 렌즈(110)는 입사면 측 면으로 정의되는 제 1 면(S1) 및 출사면 측 면으로 정의되는 제 2 면(S2)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 면(S1)은 상기 광축에서 상기 입사면 측 면에 대해 볼록할 수 있고, 상기 제 2 면(S2)은 상기 광축에서 상기 출사면 측 면에 대해 볼록할 수 있다. 즉, 상기 제 1 렌즈(110)는 전체적으로 상기 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다.
이에 따라, 상기 광학계(210)는 작은 크기의 TTL(Total track length)을 가질 수 있다. 여기서, 상기 TTL(Total track length)은 상기 제 1 렌즈(110)의 제 1 면(1S)에서 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)의 입사면까지의 거리로 정의될 수 있다.
즉, 도 4의 (a)와 같이 상기 렌즈 모듈(200)이 상기 광원 부재(100)와 상기 반사 부재(400) 사이의 광의 경로에 배치되는 경우, 상기 TTL(Total track length)은 상기 제 1 렌즈(110)의 제 1 면(1S)에서 상기 반사 부재(400)의 미러(420)의 입사면까지의 거리로 정의될 수 있다.
또는, 도 4의 (b)와 같이 상기 렌즈 모듈(200)이 상기 반사 부재(400)와 상기 출사 부재(500) 사이의 광의 경로에 배치되는 경우, 상기 TTL(Total track length)은 상기 제 1 렌즈(110)의 제 1 면(1S)에서 상기 출사 부재(400)의 입사면까지의 거리로 정의될 수 있다.
상기 광학계(210)는 상기 제 1 렌즈(110)가 상기 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가지므로, 상기 TTL 크기를 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 광학계(210)는 상기 제 1 렌즈(110)의 제 1 면(1S) 및 제 2 면(2S)을 볼록하게 형성하여, 상기 제 1 렌즈(110) 제 1 면(1S)에서 입사되어, 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)의 입사면으로 입사되는 광의 길이를 감소시킬 수 있다.
자세하게, 상기 광학계(210)는 10㎜ 이상 크기의 TTL을 가질 수 있다. 더 자세하게, 상기 광학계(210)는 11㎜ 이상 크기의 TTL을 가질 수 있다. 더 자세하게, 상기 광학계(210)는 10㎜ 내지 13㎜ 크기의 TTL을 가질 수 있다. 더 자세하게, 상기 광학계(210)는 10㎜ 내지 12㎜ 크기의 TTL을 가질 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 광학 모듈(2000)은 상기 광학계(210)의 TTL 크기가 감소되어 상기 렌즈 모듈(200)을 작게 형성할 수 있으므로, 상기 광학 모듈(2000) 및 상기 광학 모듈(2000)을 포함하는 광학 부재(10)를 소형화할 수 있다.
상기 제 1 면(S1) 및 상기 제 2 면(S2) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 면(S1) 및 상기 제 2 면(S2)은 모두 비구면일 수 있다.
상기 제 1 렌즈(110)는 입사면 측 면의 제 1 면(S1)의 유효경의 크기와 출사면 측 면의 제 2 면(S2)의 유효경의 크기가 다를 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 렌즈(110)는 제 1 면(S1)의 유효경 크기가 제 2 면(S2)의 유효경 크기보다 클 수 있다.
상기 제 2 렌즈(120)는 양(+) 및 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 렌즈(120)는 상기 광축에 대해 X축 방향에서 음(-)의 굴절력을 가질 수 있고, 상기 광축에 대해 Y축 방향에서 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 제 2 렌즈(120)는 플라스틱 또는 글라스(glass) 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제 2 렌즈(120)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제 2 렌즈(120)는 입사면 측 면으로 정의되는 제 3 면(S3) 및 출사면 측 면으로 정의되는 제 4 면(S4)을 포함할 수 있다. 상기 제 3 면(S3)은 상기 광축에서 상기 입사면 측 면에 대해 오목할 수 있고, 상기 제 4 면(S4)은 상기 광축에서 상기 출사면 측 면에 대해 볼록할 수 있다. 즉, 상기 제 2 렌즈(120)는 전체적으로 출사면 측 면으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
상기 제 3 면(S3) 및 상기 제 4 면(S4) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 3 면(S3) 및 상기 제 4 면(S4)은 모두 비구면일 수 있다. 또는, 상기 제 3 면(S3)은 비구면이고 상기 제 4 면(S4)은 실린더면일 수 있다. 즉, 상기 제 2 렌즈(120)는 실린더 렌즈일 수 있다.
이에 따라, 상기 광학계는 실린더면의 형상을 가지는 제 2 렌즈(120)에 의해 광학계(210)를 통과하는 광의 빔 형태를 좋게 할 수 있다. 즉, 상기 광학계(210)를 통과하는 광은 상기 실린더 형상을 가지는 상기 제 2 렌즈(120)에 의해 원형의 형상에 가까운 광이 형성될 수 있다.
상기 제 2 렌즈(120)는 입사면 측 면의 제 3 면(S3)의 유효경의 크기와 출사면 측 면의 제 4 면(S4)의 유효경의 크기가 다를 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 렌즈(120)는 제 3 면(S3)의 유효경 크기가 제 4 면(S4)의 유효경 크기보다 클 수 있다.
상기 제 1 렌즈(110)와 상기 제 2 렌즈(120)는 서로 다른 구경으로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 렌즈(110)의 구경은 상기 제 2 렌즈(120)의 구경보다 클 수 있다. 또한, 상기 제 1 렌즈(110)의 유효경은 상기 제 2 렌즈(120)의 유효경보다 클 수 있다. 상기 제 1 렌즈(110)의 구경을 상기 제 2 렌즈(120)의 구경보다 크게 형성함으로써, 광학계(210)의 외경을 감소할 수 있고, 이에 의해 렌즈 모듈(200)의 크기를 감소시킬 수 있다.
상기 제 3 렌즈(130)는 양(+) 및 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제 3 렌즈(130)는 상기 광축에 대해 X축 방향에서 양(+)의 굴절력을 가질 수 있고, 상기 광축에 대해 Y축 방향에서 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 제 3 렌즈(130)는 플라스틱 또는 글라스(glass) 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제 3 렌즈(130)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제 3 렌즈(130)는 입사면 측 면으로 정의되는 제 5 면(S5) 및 출사면 측 면으로 정의되는 제 6 면(S6)을 포함할 수 있다. 상기 제 5 면(S5)은 상기 광축에서 상기 입사면 측 면에 대해 오목할 수 있고, 상기 제 6 면(S6)은 상기 광축에서 상기 출사면 측 면에 대해 볼록할 수 있다. 즉, 상기 제 3 렌즈(120)는 전체적으로 출사면 측 면으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
상기 제 5 면(S5) 및 상기 제 6 면(S6) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 5 면(S5) 및 상기 제 6 면(S6)은 모두 비구면일 수 있다. 또는, 상기 제 5 면(S5)은 실린더면이고 상기 제 6 면(S6)은 비구면일 수 있다. 즉, 상기 제 3 렌즈(130)는 실린더 렌즈일 수 있다.
이에 따라, 상기 광학계는 실린더면의 형상을 가지는 제 3 렌즈(130)에 의해 광학계(210)를 통과하는 광의 빔 형태를 좋게 할 수 있다. 즉, 상기 광학계(210)를 통과하는 광은 상기 실린더 형상을 가지는 상기 제 3 렌즈(130)에 의해 원형의 형상에 가까운 광이 형성될 수 있다.
상기 제 3 렌즈(130)는 입사면 측 면의 제 5 면(S5)의 유효경의 크기와 출사면 측 면의 제 6 면(S6)의 유효경의 크기가 다를 수 있다. 자세하게, 상기 제 3 렌즈(130)는 제 5 면(S5)의 유효경 크기가 제 6 면(S6)의 유효경 크기보다 작을 수 있다.
상기 제 4 렌즈(140)는 상기 광축에서 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제 4 렌즈(140)는 플라스틱 또는 글라스(glass) 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제 4 렌즈(140)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제 4 렌즈(140)는 입사면 측 면으로 정의되는 제 7 면(S7) 및 출사면 측 면으로 정의되는 제 8 면(S8)을 포함할 수 있다. 상기 제 7 면(S7)은 상기 광축에서 상기 입사면 측 면에 대해 오목할 수 있고, 상기 제 8 면(S8)은 상기 광축에서 상기 출사면 측 면에 대해 볼록할 수 있다. 즉, 상기 제 4 렌즈(140)는 전체적으로 출사면 측 면으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
상기 제 7 면(S7) 및 상기 제 8 면(S8) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 7 면(S7) 및 상기 제 8 면(S8)은 모두 비구면일 수 있다.
상기 제 4 렌즈(140)는 입사면 측 면의 제 7 면(S7)의 유효경의 크기와 출사면 측 면의 제 8 면(S8)의 유효경의 크기가 다를 수 있다. 자세하게, 상기 제 4 렌즈(140)는 제 7 면(S5)의 유효경 크기가 제 8 면(S8)의 유효경 크기보다 작을 수 있다.
상기 제 5 렌즈(150)는 상기 광축에서 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제 5 렌즈(150)는 플라스틱 또는 글라스(glass) 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제 5 렌즈(150)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제 5 렌즈(150)는 입사면 측 면으로 정의되는 제 9 면(S9) 및 출사면 측 면으로 정의되는 제 10 면(S10)을 포함할 수 있다. 상기 제 9 면(S9)은 상기 광축에서 상기 입사면 측 면에 대해 오목할 수 있고, 상기 제 10 면(S10)은 상기 광축에서 상기 출사면 측 면에 대해 오목할 수 있다. 즉, 상기 제 5 렌즈(150)는 전체적으로 광축에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다.
상기 제 9 면(S9) 및 상기 제 10 면(S10) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 9 면(S9) 및 상기 제 10 면(S10)은 모두 비구면일 수 있다.
상기 제 5 렌즈(150)는 입사면 측 면의 제 9 면(S9)의 유효경의 크기와 출사면 측 면의 제 10 면(S10)의 유효경의 크기가 다를 수 있다. 자세하게, 상기 제 5 렌즈(150)는 제 9 면(S9)의 유효경 크기가 제 10 면(S10)의 유효경 크기보다 작을 수 있다.
상기 제 6 렌즈(160)는 상기 광축에서 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제 6 렌즈(160)는 플라스틱 또는 글라스(glass) 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제 6 렌즈(160)는 글라스 재질로 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(210)는 상기 제 6 렌즈(160)에 의해 열에 따른 굴절률 변화를 보상할 수 있어, 다양한 온도 범위에서도 균일한 효과를 가질 수 있다.
상기 제 6 렌즈(160)는 입사면 측 면으로 정의되는 제 11 면(S11) 및 출사면 측 면으로 정의되는 제 12 면(S12)을 포함할 수 있다. 상기 제 11 면(S11)은 상기 광축에서 상기 입사면 측 면에 대해 볼록할 수 있고, 상기 제 12 면(S12)은 상기 광축에서 상기 출사면 측 면에 대해 볼록할 수 있다. 즉, 상기 제 6 렌즈(160)는 전체적으로 상기 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다.
이에 따라, 상기 광학계(210)는 작은 크기의 TTL(Total track length)을 가질 수 있다. 즉, 상기 광학계(210)는 상기 제 6 렌즈(160)가 상기 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가지므로, 상기 TTL 크기를 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 광학계(210)는 상기 제 6 렌즈(160)의 제 11 면(11S) 및 제 12 면(12S)을 볼록하게 형성하여, 상기 제 6 렌즈(160) 제 12 면(12S)에서 출사되어, 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)의 입사면으로 입사되는 광의 길이를 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 광학 모듈(2000)은 상기 광학계(210)의 TTL 크기가 감소되어 상기 렌즈 모듈(200)을 작게 형성할 수 있으므로, 상기 광학 모듈(2000) 및 상기 광학 모듈(2000)을 포함하는 광학 부재(10)를 소형화할 수 있다.
상기 제 11 면(S11) 및 상기 제 12 면(S12) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 11 면(S11) 및 상기 제 12 면(S12)은 모두 비구면일 수 있다.
상기 제 6 렌즈(160)는 입사면 측 면의 제 11 면(S11)의 유효경의 크기와 출사면 측 면의 제 12 면(S12)의 유효경의 크기가 다를 수 있다. 자세하게, 상기 제 6 렌즈(160)는 제 11 면(S11)의 유효경 크기가 제 12 면(S12)의 유효경 크기보다 작을 수 있다.
상기 광학계(210)의 마지막 렌즈의 출사면과 상기 반사 부재(400)의 사이 거리 또는 상기 마지막 렌즈의 출사면과 상기 출사 부재(500)의 사이 거리는 설정된 크기를 가질 수 있다. 즉, 상기 제 6 렌즈(160)와 상기 반사 부재(400)의 사이 거리 또는 상기 제 6 렌즈(160)와 상기 출사 부재(500)의 사이 거리는 설정된 크기를 가질 수 있다. 즉, 상기 제 6 렌즈(160)의 제 12 면(12S)과 상기 반사 부재(400)의 입사면 사이 거리 또는 상기 제 6 렌즈(160)의 제 12 면(12S)과 상기 출사 부재(500)의 입사면 사이 거리는 설정된 크기를 가질 수 있다.
자세하게, 상기 제 6 렌즈(160)의 제 12 면(12S)과 상기 반사 부재(400)의 입사면 사이 거리 또는 상기 제 6 렌즈(160)의 제 12 면(12S)과 상기 출사 부재(500)의 입사면 사이의 광축 방향의 거리는 3㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 6 렌즈(160)의 제 12 면(12S)과 상기 반사 부재(400)의 입사면 사이 거리 또는 상기 제 6 렌즈(160)의 제 12 면(12S)과 상기 출사 부재(500)의 입사면 사이의 광축 방향의 거리는 4㎜ 이상일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 6 렌즈(160)의 제 12 면(12S)과 상기 반사 부재(400)의 입사면 사이 거리 또는 상기 제 6 렌즈(160)의 제 12 면(12S)과 상기 출사 부재(500)의 입사면 사이의 광축 방향의 거리는 3㎜ 내지 6㎜일 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 6 렌즈(160)의 제 12 면(12S)과 상기 반사 부재(400)의 입사면 사이 거리 또는 상기 제 6 렌즈(160)의 제 12 면(12S)과 상기 출사 부재(500)의 입사면 사이의 광축 방향의 거리는 4㎜ 내지 5㎜일 수 있다.
상기 제 6 렌즈(160)의 제 12 면(12S)과 상기 반사 부재(400)의 입사면 사이 거리 또는 상기 제 6 렌즈(160)의 제 12 면(12S)과 상기 출사 부재(500)의 입사면 사이의 광축 방향의 거리가 3㎜ 미만으로 이격하는 경우, 상기 광학계(210)의 출사면 즉, 제 6 렌즈(160)에서 출사되어 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)의 입사면으로 입사되는 광의 크기가 증가될 수 있다. 따라서, 상기 입사광 사이즈의 증가에 의해 광 손실이 발생하여 광학 효율이 감소할 수 있다. 또한, 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)의 크기가 증가하여 광학 모듈 또는 광학 부재의 전체적인 크기가 증가할 수 있다.
실시예에 따른 광학계(210)는 상기 제 1 렌즈(110)의 제 1 면(1S)에서 입사되고 상기 제 6 렌즈(160)의 제 12 면(12S)에서 출사되어 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)로 입사되는 광의 크기를 감소할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 광학계(210)는 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)로 입사되는 광의 입사면적을 감소할 수 있다.
도 6 및 도 7은 상기 광학계(210)의 렌즈를 통과하는 광의 영역 및 상기 광학계(210)에서 출사되어 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)로 입사되는 광의 입사면적(LS)을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 제 1 렌즈(110), 상기 제 2 렌즈(120), 상기 제 3 렌즈(130), 상기 제 4 렌즈(140), 상기 제 5 렌즈(150) 및 상기 제 6 렌즈(160)를 통과하는 광은 렌즈의 서로 다른 영역을 통과할 수 있다.
자세하게, 상기 제 1 렌즈(110), 상기 제 2 렌즈(120), 상기 제 3 렌즈(130), 상기 제 4 렌즈(140), 상기 제 5 렌즈(150) 및 상기 제 6 렌즈(160)는 각각 제 1 광선 영역(R1), 제 2 광선 영역(R2), 제 3 광선 영역(R3), 제 4 광선 영역(R4) 및 제 5 광선 영역(R5)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 광선 영역(R1)은 상기 렌즈들의 광축 영역과 대응되는 영역일 수 있다. 또한, 상기 제 2 광선 영역(R2), 상기 제 3 광선 영역(R3), 상기 제 4 광선 영역(R4) 및 상기 제 5 광선 영역(R5)은 각각 상기 제 1 광선 영역(R1)의 상측 끝단, 하측 끝단, 좌측 끝단, 우측 끝단 영역에 형성될 수 있다.
상기 제 1 광선 영역(R1), 상기 제 2 광선 영역(R2), 상기 제 3 광선 영역(R3), 상기 제 4 광선 영역(R4) 및 상기 제 5 광선 영역(R5)에는 각각 서로 다른 파장의 광이 이동할 수 있다. 즉, 상기 제 1 렌즈(110)의 제 1 면(1S)에는 서로 다른 파장을 가지는 광이 입사될 수 있다. 즉, 상기 제 1 렌즈(110)의 제 1 면(1S)에는 서로 다른 색을 가지는 광이 입사될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 렌즈(110)의 제 1 면(1S)에는 서로 다른 입사각도를 가지는 광들이 입사될 수 있다. 서로 다른 입사각도를 가지는 광들은 상기 제 1 광선 영역(R1), 상기 제 2 광선 영역(R2), 상기 제 3 광선 영역(R3), 상기 제 4 광선 영역(R4) 및 상기 제 5 광선 영역(R5)을 통해 상기 광학계(210)를 통과할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 광학계(210)를 통과하여, 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)로 입사되는 광은 설정된 크기의 입사면적(LS)으로 입사될 수 있다. 자세하게, 상기 입사 면적(LS)은 상기 반사 부재(400)의 입사면 및 상기 출사 부재(500)의 입사면의 면적보다 작을 수 있다. 여기서, 상기 반사 부재(400)의 입사면은 미러(420)일 수 있다.
자세하게, 상기 입사 면적(LS)은 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면의 면적에 대해 75% 미만의 크기를 가질 수 있다. 더 자세하게, 상기 입사 면적(LS)은 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면의 면적에 대해 70% 미만의 크기를 가질 수 있다. 더 자세하게, 상기 입사 면적(LS)은 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면의 면적에 대해 65% 미만의 크기를 가질 수 있다. 더 자세하게, 상기 입사 면적(LS)은 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면의 면적에 대해 50% 내지 75%의 크기를 가질 수 있다. 더 자세하게, 상기 입사 면적(LS)은 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면의 면적에 대해 55% 내지 70%의 크기를 가질 수 있다.
상기 입사 면적(LS)이 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면의 면적에 대해 75% 이상의 크기를 가지는 경우, 상기 광학계(210)에서 출사되는 광이 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되지 않는 광량이 증가하여 광손실이 발생할 수 있다.
상기 입사 면적(LS)이 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면의 면적에 대해 75% 미만의 크기를 가지도록 하기 위해, 상기 광학계(210)를 통고하는 광들의 각도를 제어할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 광선 영역(R1), 상기 제 2 광선 영역(R2), 상기 제 3 광선 영역(R3), 상기 제 4 광선 영역(R4) 및 상기 제 5 광선 영역(R5)을 통과하는 서로 다른 입사각도의 각도를 작게하여, 상기 광학계(210)를 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 입사면적(LS)의 크기를 감소시킬 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 제 1 광선 영역(R1), 상기 제 2 광선 영역(R2), 상기 제 3 광선 영역(R3), 상기 제 4 광선 영역(R4) 및 상기 제 5 광선 영역(R5)을 통과하는 서로 다른 파장, 색의 광들은 서로 다른 입사각도로 입사될 수 있다. 여기서, 상기 광들의 입사각도는 광축(OA)을 기준으로 설정된 각도일 수 있다. 즉, 0°로 입사되는 광은 상기 광축(OA)과 평행하게 입사되는 광이고, 3°, 6°, 9°로 입사되는 광은 각각 상기 광축(OA)에 대해 3°, 6°, 9°의 각도로 입사되는 광으로 정의될 수 있다.
상기 서로 다른 입사각도의 광들은 상기 제 1 광선 영역(R1), 상기 제 2 광선 영역(R2), 상기 제 3 광선 영역(R3), 상기 제 4 광선 영역(R4) 및 상기 제 5 광선 영역(R5)에서 서로 다른 각도를 가지면서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사될 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 광학계(210)의 상기 제 1 광선 영역(R1)에서 출사되어 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면으로 입사되는 0°, 3°, 6°, 9°의 입사광의 각도는 상기 제 2 내지 5 광선 영역(R2, R3, R4, R5)에서 출사되어 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면으로 입사되는 0°, 3°, 6°, 9°의 입사광의 각도는 서로 다를 수 있다. 또한, 제 2 내지 5 광선 영역(R2, R3, R4, R5)에서 출사되어 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면으로 입사되는 0°, 3°, 6°, 9°의 입사광의 각도들도 서로 다를 수 있다.
즉, 상기 광학계(210)의 서로 다른 영역을 통과하는 0°, 3°, 6°, 9°의 입사광들은 각각의 영역에서 서로 다른 각도로 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면으로 입사될 수 있다. 즉, 동일한 입사각도를 가지는 광들은 각각의 영역에서 유사한 각도로 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면으로 입사될 수 있다. 그러나, 동일한 입사각도를 가지는 광들이 각각의 영역에서 각도 차이가 커지게 되면, 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면으로 입사될 때, 입사 면적이 증가되는 문제점이 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 광학계는 광학계(210)의 상기 제 1 광선 영역(R1)에서 출사되어 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면으로 입사되는 광과 상기 제 2 내지 5 광선 영역(R2, R3, R4, R5)에서 출사되어 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면으로 입사되는 광의 각도 차이를 설정된 범위로 제어할 수 있다. 즉, 동일한 입사각도를 가지는 광들이 각각의 영역에서 가지는 각도 차이를 설정된 범위로 제어할 수 있다.
도 12를 참조하면, 자세하게, 0°의 입사광을 기준으로, 상기 제 1 광선 영역(R1)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광과 상기 제 2 내지 5 광선 영역(R2, R3, R4, R5)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 각도 차이는 0.12° 미만일 수 있다. 자세하게, 0°의 입사광을 기준으로, 상기 제 1 광선 영역(R1)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광과 상기 제 2 내지 5 광선 영역(R2, R3, R4, R5)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 각도 차이는 0° 초과 내지 0.12° 미만일 수 있다.
또한, 3°의 입사광을 기준으로, 상기 제 1 광선 영역(R1)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광과 상기 제 2 내지 5 광선 영역(R2, R3, R4, R5)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 각도 차이는 0.12° 미만일 수 있다. 자세하게, 3°의 입사광을 기준으로, 상기 제 1 광선 영역(R1)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광과 상기 제 2 내지 5 광선 영역(R2, R3, R4, R5)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 각도 차이는 0° 초과 내지 0.12° 미만일 수 있다.
또한, 6°의 입사광을 기준으로, 상기 제 1 광선 영역(R1)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광과 상기 제 2 내지 5 광선 영역(R2, R3, R4, R5)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 각도 차이는 0.12° 미만일 수 있다. 자세하게, 6°의 입사광을 기준으로, 상기 제 1 광선 영역(R1)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광과 상기 제 2 내지 5 광선 영역(R2, R3, R4, R5)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 각도 차이는 0° 초과 내지 0.12° 미만일 수 있다.
또한, 9°의 입사광을 기준으로, 상기 제 1 광선 영역(R1)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광과 상기 제 2 내지 5 광선 영역(R2, R3, R4, R5)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 각도 차이는 0.12° 미만일 수 있다. 자세하게, 9°의 입사광을 기준으로, 상기 제 1 광선 영역(R1)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광과 상기 제 2 내지 5 광선 영역(R2, R3, R4, R5)에서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 각도 차이는 0° 초과 내지 0.12° 미만일 수 있다.
이에 따라, 상기 광학계(210)는 제 1 내지 5 광선 영역(R1, R2, R3, R4, R5)에서 서로 다른 입사각도를 가지는 광들이 설정된 범위의 각도 차이를 가지면서 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)로 입사되므로, 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 입사 면적(LS)을 감소시킬 수 있다.
즉, 상기 광학계의 제 1 내지 5 광선 영역(R1, R2, R3, R4, R5) 영역에서 서로 다른 입사각도를 가지는 광들이 설정된 범위 이상의 각도 차이로 상기 광학계를 통과하게 되면, 상기 광학계를 통해 상기 반사 부재(400) 및 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사될 때, 상기 각도 차이에 의해 입사 면적(LS)이 증가될 수 있다. 이에 따라, 상기 입사 면적의 증가로 입사면에 입사되지 못하는 광의 손실이 발생할 수 있다. 또한, 상기 광손실을 감소하기 위해, 입사면의 면적을 크게하게 되면, 광학 모듈의 전체적인 크기가 증가되어, 소형화에 불리할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 광학계는 상기 광학계의 제 1 내지 5 광선 영역(R1, R2, R3, R4, R5) 영역에서 서로 다른 입사각도를 가지는 광들이 설정된 범위의 각도 차이로 상기 광학계를 통과하도록 상기 제 1 렌즈(110) 내지 제 6 렌즈(160)를 형성 및 배치할 수 있다. 이에 의해, 상기 입사 면적의 감소로 입사면에 입사되지 못하는 광의 손실을 방지할 수 있다. 또한, 상기 광손실을 감소하기 위해, 입사면의 면적이 커질 필요가 없으므로, 광학 모듈의 소형화에 유리할 수 있다.
도 13은 상기 제 1 광선 영역(R1)에서 서로 다른 입사각도를 가지는 광들이 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 각도를 도시한 표이다.
도 13을 참조하면, 상기 제 1 광선 영역(R1)에서 서로 다른 입사각도를 가지는 광들이 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 각도가 |0.1| 이하인 것을 알 수 있다. 즉, 광학계(210)의 광축 영역을 통과하는 상기 제 1 광선 영역(R1)의 광들의 각도를 |0.1| 이하로 형성함으로써, 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 면적을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 제 1 광선 영역(R1) 내지 상기 제 5 광선 영역(R5)에서 출사되어 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 입사 면적은 서로 동일하거나 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 광선 영역(R1)에서 출사되어 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 입사 면적은 상기 제 2 내지 5 광선 영역(R2, R3, R4, R5)에서 출사되어 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 입사 면적과 각각 동일하거나 다를 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 광선 영역(R1)에서 출사되어 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 입사 면적과 상기 제 2 내지 5 광선 영역(R2, R3, R4, R5) 중 적어도 하나의 영역에서 출사되어 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 입사 면적의 크기 차이는 0% 내지 20%일 수 있다.
상기 제 1 광선 영역(R1)에서 출사되어 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 입사 면적과 상기 제 2 내지 5 광선 영역(R2, R3, R4, R5) 중 적어도 하나의 영역에서 출사되어 상기 반사 부재(400) 또는 상기 출사 부재(500)의 입사면에 입사되는 광의 입사 면적의 크기 차이가 20%를 초과하는 경우, 중심광과 주변광의 차이가 커질 수 있다. 이에 따라, 광학계의 전체적인 해상력이 감소하여, 렌즈 모듈의 전체적인 광학 효율이 감소될 수 있다.
실시예에 따른 광학 모듈은 앞서 설명한 광학계를 포함하는 렌즈 모듈을 포함할 수 있다. 이에 따라, 광원 부재에서 출사되어 상기 렌즈 모듈을 통해 반사 부재 또는 출사 부재로 입사되는 광의 크기를 감소할 수 있다.
즉, 상기 광학계는 서로 다른 입사각도를 가지는 광들이 상기 광학계를 통과할 때, 동일한 입사각도를 가지는 광이 상기 광학계의 중심 영역(제 1 광선 영역) 및 주변 영역(제 2 내지 제 5 광선 영역)에서 설정된 범위의 각도 차이를 가지도록 형성되고 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 광학계를 통과하여 상기 반사 부재 또는 상기 출사 부재로 광이 입사될 때, 상기 각도 차이의 증가로 인해, 입사 면적이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 입사 면적의 증가로 인해, 상기 반사 부재 또는 상기 출사 부재로 입사되지 않는 광의 양을 감소하여 광손실을 최소화할 수 있다.
또한, 입사 면적의 증가로 인해, 상기 반사 부재 또는 상기 출사 부재의 크기를 증가시킬 필요가 없으므로, 광학 모듈 및 광학 부재를 소형화할 수 있다.
또한, 중심 영역 및 주변 영역의 광의 크기를 균일하게 하여 광학 모듈 및 광학 부재의 해상력을 향사시킬 수 있다.
이하, 도 14를 참조하여. 실시예에 따른 광학 부재(10)를 포함하는 디스플레이 장치의 일례를 설명한다.
도 14를을 참조하면, 실시예에 따른 광학 부재(10)는 웨어러블 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 광학 부재(10)는 인체의 머리 또는 인체의 귀에 착용하는 웨어러블 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
일례로, 상기 디스플레이 장치(3000)는 증강현실 장치일 수 있다.
상기 디스플레이 장치(3000)는 착용부(3100), 광학 부재(10) 및 디스플레이부(3200)를 포함할 수 있다.
상기 착용부(3100)는 일 방향으로 연장할 수 있다. 상기 착용부(1000)는 사용자의 신체에 착용될 수 있다. 예를 들어, 상기 착용부(1000)는 사용자의 머리 또는 귀에 착용되고, 이에 의해 상기 디스플레이 장치(3000)는 사용자의 신체에 고정될 수 있다.
상기 광학 부재(10)는 상기 착용부(3100)와 연결될 수 있다. 상기 광학 부재(10)는 상기 디스플레이부(3200)와 인접하여 배치될 수 있다. 상기 부재(10)는 상기 디스플레이부(3200) 방향으로 이미지가 스캐닝된 광을 전달할 수 있고, 상기 디스플레이부(3200)를 통과한 광은 사용자의 눈으로 전달될 수 있다.
이에 따라, 사용자는 상기 광학 부재를 통해 가상 현실 및 실제 현실의 증강 현실을 시인할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 입사 측으로부터 출사 측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되며, 적어도 하나의 렌즈를 각각 포함하는 제 1 렌즈군 및 제 2 렌즈군을 포함하고,
    상기 제 1 렌즈군은 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈를 포함하고,
    상기 제 2 렌즈군은 제 3 렌즈, 제 4 렌즈 및 제 5 렌즈를 포함하는 광학계.
    상기 제 1 렌즈는 입사 측으로 볼록하고, 출사 측으로 볼록하고,
    상기 제 6 렌즈는 입사 측으로 볼록하고, 출사 측으로 볼록하고,
    TTL은 10㎜ 내지 13㎜인 광학계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈 및 상기 제 3 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 실린더 렌즈인 광학계.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈는 상기 광축에 대해 X축 방향에서 음(-)의 굴절력을 가지고, 상기 광축에 대해 Y축 방향에서 양(+)의 굴절력을 가지고,
    상기 제 3 렌즈는 상기 광축에 대해 X축 방향에서 양(+)의 굴절력을 가지고, 상기 광축에 대해 Y축 방향에서 음(-)의 굴절력을 가지는 광학계.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈의 구경은 상기 제 2 렌즈의 구경보다 큰 광학계.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 및 상기 제 6 렌즈는 유리를 포함하는 광학계.
  6. 하우징;
    상기 하우징 내에 수용되는 광원 부재, 렌즈 모듈, 반사 부재 및 출사 부재를 포함하고,
    상기 광원 부재에서 출사되는 광은 상기 렌즈 모듈, 상기 반사 부재 및 상기 출사 부재의 경로로 순차적으로 이동하고,
    상기 렌즈 모듈은,
    입사 측으로부터 출사 측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되며, 적어도 하나의 렌즈를 각각 포함하는 제 1 렌즈군 및 제 2 렌즈군을 포함하는 광학계를 포함하고,
    상기 제 1 렌즈군은 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈를 포함하고,
    상기 제 2 렌즈군은 제 3 렌즈, 제 4 렌즈 및 제 5 렌즈를 포함하고,
    상기 제 1 렌즈는 입사 측으로 볼록하고, 출사 측으로 볼록하고,
    상기 제 6 렌즈는 입사 측으로 볼록하고, 출사 측으로 볼록하고,
    상기 광학계의 TTL은 10㎜ 내지 13㎜인 광학 부재.
  7. 제 6항에 있어서,,
    상기 제 6 렌즈의 출사 측 면에서 상기 반사 부재의 입사면까지의 광축 방향 거리는 3㎜ 내지 6㎜인 광학 부재.
  8. 하우징;
    상기 하우징 내에 수용되는 광원 부재, 렌즈 모듈, 반사 부재 및 출사 부재를 포함하고,
    상기 광원 부재에서 출사되는 광은 상기 렌즈 모듈, 상기 출사 부재 및 상기 반사 부재의 경로로 순차적으로 이동하고,
    상기 렌즈 모듈은,
    입사 측으로부터 출사 측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되며, 적어도 하나의 렌즈를 각각 포함하는 제 1 렌즈군 및 제 2 렌즈군을 포함하는 광학계를 포함하고,
    상기 제 1 렌즈군은 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈를 포함하고,
    상기 제 2 렌즈군은 제 3 렌즈, 제 4 렌즈 및 제 5 렌즈를 포함하고,
    상기 제 1 렌즈는 입사 측으로 볼록하고, 출사 측으로 볼록하고,
    상기 제 6 렌즈는 입사 측으로 볼록하고, 출사 측으로 볼록하고,
    상기 광학계의 TTL은 10㎜ 내지 13㎜인 광학 부재.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 6 렌즈의 출사 측 면에서 상기 출사 부재의 입사면까지의 광축 방향 거리는 3㎜ 내지 6㎜인 광학 부재.
  10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 광학 부재; 및
    상기 광학 부재로부터 전달되는 광이 입사되는 디스플레이부를 포함하는 웨어러블 웨어러블 장치.
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